(57)【要約】【課題】  溶接変形の予測精度が向上し、また溶接現場においても有用な溶接方法を提供する。【解決手段】  所定の溶接条件で構造材を接合する。構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を示すデータベースを作成する工程と、データベースから相関関係に基づく溶接条件を読み出す工程Ｓ３と、読み出した溶接条件で溶接を行う工程Ｓ６とを有する。【選択図】      図４
2005349422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の溶接条件で構造材を接合する溶接方法であって、
前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を示すデータベースを作成する工程と、
前記データベースから前記相関関係に基づく前記溶接条件を読み出す工程と、
読み出した前記溶接条件で溶接を行う工程とを有することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶接方法において、
前記溶け込みに関する情報は、前記構造材に対する溶け込み深さと、前記構造材に対する脚長とを含むことを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の溶接方法において、
前記データベースは、前記構造材の複数の接合形態毎に前記相関関係を保持することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
所定の溶接条件で構造材を接合する溶接機を有する溶接装置であって、
前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を保持するデータベースと、
前記データベースから前記相関関係に基づく前記溶接条件を読み出し、読み出した前記溶接条件に基づいて前記溶接機の駆動を制御する制御装置とを有することを特徴とする溶接装置。
【請求項５】
請求項４記載の溶接装置において、
前記溶け込みに関する情報は、前記構造材に対する溶け込み深さと、前記構造材に対する脚長とを含むことを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の溶接装置において、
前記データベースは、前記構造材の複数の接合形態毎に前記相関関係を保持することを特徴とする溶接装置。
【請求項７】
所定の溶接条件で構造材を接合する溶接に関するデータベース装置であって、
前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を保持することを特徴とするデータベース装置。
【請求項８】
請求項７記載のデータベース装置において、
前記溶け込みに関する情報は、前記構造材に対する溶け込み深さと、前記構造材に対する脚長とを含むことを特徴とするデータベース装置。
【請求項９】
請求項７または８記載のデータベース装置において、
前記構造材の複数の接合形態毎に前記相関関係を保持することを特徴とするデータベース装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法及び溶接装置並びにデータベース装置に関し、特に橋梁や船舶等で用いられる溶接構造物に適用して好適な溶接方法及び溶接装置並びにデータベース装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、造船などのなどの大型構造物のブロックを溶接して組み立てる際には、溶接姿勢を確保するため、溶接する構造物同士の位置関係を確定した後で溶接を行っている。
ところが、溶接時の熱等により変形（溶接変形）が生じるため、指示通りの溶接を行った場合でも完成形状がいびつになったり、また複数の溶接工程の中間段階において構造物の形状がいびつになる結果、後の工程において溶接が困難になるなどの不具合が発生することが多々ある。
【０００３】
従来、このような溶接変形の対策としては、溶接変形を予め予測し、これを見越して構造物の製作を行う、拘束治具を用いて変形を防止する、溶接線の裏面を加熱して局部的な熱収縮や温度差の発生を抑止する等の方策が採られてきた。
溶接変形を予測する技術としては、例えば特許文献１が提供されている。
【特許文献１】特開２００３−８０３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
溶接変形は、溶接条件、施工者、設備、施工方法等、種々の因子によって決定されるため、変形量にばらつきが多い。そのため、前述の対策では、施工部材毎に施工要領や治具設計を行う必要が生じ施工性に難がある。
また、溶接変形を予測する技術では、ある程度の変形は予測できるものの、実際の溶接変形と予測値との差が大きい場合も多く、この場合、再加工を実施する必要が生じ、施工性が大幅に悪化してしまう。
また、特許文献１に記載された技術は、主に溶接変形を推定するものであり、実際に溶接作業を行う現場で必要とされる溶接条件を十分に提供しているとは言えず、さらに、溶接機との連携も十分とは言えなかった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、溶接変形の予測精度が向上し、また溶接現場においても有用な溶接方法及び溶接装置並びにデータベース装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の溶接方法は、所定の溶接条件で構造材を接合する溶接方法であって、前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を示すデータベースを作成する工程と、前記データベースから前記相関関係に基づく前記溶接条件を読み出す工程と、読み出した前記溶接条件で溶接を行う工程とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の溶接装置は、所定の溶接条件で構造材を接合する溶接機を有する溶接装置であって、前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を保持するデータベースと、前記データベースから前記相関関係に基づく前記溶接条件を読み出し、読み出した前記溶接条件に基づいて前記溶接機の駆動を制御する制御装置とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、本発明の溶接方法及び溶接装置では、従来考慮されていなかった構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報を用いるので、溶接変形方向及び溶接変形量の予測精度を向上させることができる。また、本発明では、予め構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係をデータベースに保持（記憶）させておき、構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報に対応する溶接条件を読み出して溶接を実施できるので、所定の溶け込み状態、すなわち溶接変形方向及び溶接変形量を正確に再現することが可能になるとともに、溶接現場においても適切な溶接条件で迅速に溶接施工を実施できる。
【０００９】
溶け込みに関する情報としては、前記構造材に対する溶け込み深さと、前記構造材に対する脚長とを含むことが好ましい。
また、データベースとしては、前記構造材の複数の接合形態毎に前記相関関係を保持することが、Ｔ継手（すみ肉溶接）や突合わせ継手等、接続種々の接合形態に応じて溶接条件を読み出すことができ、汎用性を高めることが可能になる。
【００１０】
一方、本発明のデータベース装置は、所定の溶接条件で構造材を接合する溶接に関するデータベース装置であって、前記構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報と、前記溶け込みに関する情報に対応する溶接条件との相関関係を保持することを特徴としている。
【００１１】
従って、本発明のデータベース装置では、構造材の接合部における溶接時の溶け込みに関する情報に対応する溶接条件を読み出して溶接を実施できるので、所定の溶け込み状態、すなわち溶接変形方向及び溶接変形量を正確に再現することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、溶接変形方向や溶接変形量の予測精度を向上させて工作精度を高めることができる。また、本発明では溶接現場においても適切な溶接条件で迅速に溶接施工を実施することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の溶接方法及び溶接装置並びにデータベース装置の実施の形態を、図１ないし図６を参照して説明する。
図１は、溶接装置１の概略的な構成図である。
この溶接装置１は、溶接トーチ２により構造体ＰＡ、ＰＢを溶接・接合する溶接機３、インターフェイスＩＦにより溶接機３に接続され、この溶接機３の駆動を制御する制御装置４、制御装置４に接続されたデータベース装置５とから概略構成されている。
【００１４】
溶接機３としては、例えば溶接対象物である構造体ＰＡ、ＰＢと溶接トーチ２のタングステン電極との間に発生するアーク放電によって溶接対象物ＰＡ、ＰＢ及び溶接ワイヤ（溶着材、図示せず）を溶融させると共に、アルゴンガス等の不活性ガスを溶融池に吹き付けることにより溶融池の周囲を不活性ガス雰囲気とするＴＩＧ溶接機を用いることができる。
【００１５】
制御装置４は、例えばコンピュータにより構成されており、データベース装置５から溶接条件を読み出し、読み出した溶接条件により溶接機３及び溶接トーチ２の駆動を制御する。
【００１６】
データベース装置５は、例えば制御装置４に付設されたメモリー等で構成されており、図２（ａ）に示すように、リブ側の板材ＰＡと皮板側の板材ＰＢとを溶接する際の母材質情報、溶接時の溶け込みに関する情報、溶接条件、施工管理情報の相関関係が保持・記憶されている。
より詳細には、データベース装置５は、図２（ｂ）に示すように、母材質情報として複数種類の板材ＰＡ、ＰＢの板厚（板厚１、板厚２…）及び鋼種（鋼種１、鋼種２…）を保持し、ねらい溶接寸法としてリブ側脚長（脚長１、脚長２…）及び皮板側脚長（脚長１、脚長２…）を保持している。また、データベース装置５は、溶接条件項目として電流、電圧、トーチ速度を保持し、溶接材料項目としてワイヤ種類、ワイヤ径、シールドガス種類及びガス流量を保持している。さらに、データベース装置５は、管理項目としてトーチ角度、ねらい位置、ワイヤ突出し量をそれぞれ保持している。また、データベース装置５には、接合部における溶け込み形状としてリブ側脚長ＳＲ、皮板側脚長ＳＳ、リブ側溶け込みｄｒ、皮板側溶け込みｄｓが保持されている。
【００１７】
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示したデータベースは、構造材ＰＡ、ＰＢの接合形態としてＴ型継手の場合を例示しているが、データベース装置５には、構造材ＰＡ、ＰＢの複数の接合形態毎に、上述した相関関係が保持されている。例えば、図３（ａ）には、板材ＰＡ、ＰＢを並べて接合する突合わせ継手の場合のデータベースが保持されている。この場合、図３（ｂ）に示すように、ねらい溶接寸法として左開先角（開先角１、開先角２…）及び右開先角（開先角１、開先角２…）が設定・保持されている。
【００１８】
また、突合わせ継手における接合部の溶け込み形状としては、表面余盛ｈ１、表面幅Ｗ１、中間部幅ＷＷ１〜ＷＷｎ、裏面幅Ｗ２、裏面余盛ｈ２がそれぞれ設定・保持されている。
これら複数の接合形態毎の母材質情報、溶接時の溶け込みに関する情報、溶接条件、施工管理情報の相関関係は、予め実験やシミュレーション等の手法により求められてデータベース化されて（データベース作成工程）、制御装置４により読み出し自在に保持されている。
【００１９】
続いて、上記の溶接装置１を用いて溶接施工する手順（溶接方法）について図４のフローチャートを参照して説明する。ここでは、予めデータベース作成工程において上述のデータベースが作成されて、データベース装置５に保持・記憶されているものとする。
溶接施工を開始するにあたって（ステップＳ０）、まず母材質情報やねらい溶接寸法等の溶接物条件（板厚、材質、ねらい脚長）を決定する（ステップＳ１）。次に、決定した溶接物条件に基づいてデータベース装置５から溶け込み形状データ及び施工管理データを参照し（ステップＳ２）、溶接物条件に対応する溶接条件、溶け込み形状及び施工管理値を読み出す（ステップＳ３）。
【００２０】
そして、読み出したデータから所望の溶け込み形状に対応する溶接条件を溶接装置１に対して設定するとともに（ステップＳ４）、板材ＰＡ、ＰＢに対する開先情報（母材加工情報）に基づいて開先加工を実施する（ステップＳ５）。この後、開先加工を施された板材ＰＡ、ＰＢに対して、ステップＳ４にて設定された溶接条件を用いて溶接施工を実施し（ステップＳ６）、溶接施工工程が完了する（ステップＳ７）。
【実施例】
【００２１】
溶け込み形状が溶接変形に及ぼす影響を示すものとして、図５に、溶接線直角方向位置（横軸）と面外変形量（縦軸）との関係を示す。
この図に示すように、溶け込みが浅いときの変形量ＨＡと深いときの変形量ＨＢとでは差があるが、データベース装置５に保持されている溶け込みが深い場合の溶け込み形状に対応するデータ（溶接条件）を用いて溶接施工を行ったところ実験値として示されるように、より予測される変形量ＨＢと近い変形量となった。
【００２２】
このように、本実施の形態では、従来考慮されていなかった構造材ＰＡ、ＰＢの接合部における溶接時の溶け込みに関する情報（溶け込み形状）を用いるので、溶接変形方向や溶接変形量の予測精度を向上させることができる。また、本実施の形態では、予め構造材ＰＡ、ＰＢの接合部における溶接時の溶け込み形状と、溶け込み形状に対応する溶接条件との相関関係をデータベース装置５に保持させておき、構造材ＰＡ、ＰＢの接合部における溶接時の溶け込み形状に対応する溶接条件を読み出して溶接を実施するので、所定の溶け込み状態、すなわち溶接変形方向及び溶接変形量を正確に再現して工作精度を向上させることが可能になる。
【００２３】
また、本実施の形態では、このデータベース装置５が制御装置４を介して溶接装置１に接続されているため、これらデータベース装置５及び制御装置４との連携により、溶接現場においても適切な溶接条件で迅速に溶接施工を実施することができる。しかも、本実施の形態では、Ｔ継手（すみ肉溶接）や突合わせ継手等、接続種々の接合形態に応じて溶接条件を読み出すことができ、汎用性を高めることが可能になる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、主にＴ継手の場合の例を用いて説明したが、図３（ａ）に示す突合わせ継手の場合も、Ｔ継手と同様に、母材質情報やねらい溶接寸法等の溶接物条件に基づいてデータベース装置５から溶接物条件に対応する溶接条件、溶け込み形状及び施工管理値を読み出し、読み出したデータから所望の溶け込み形状に対応する溶接条件を溶接装置１に対して設定するとともに、板材ＰＡ、ＰＢに対する開先情報（母材加工情報）に基づいて開先加工を実施した後に溶接施工を行えばよい。
【００２５】
続いて、溶接変形をコントロールする場合の溶接施工手順（溶接方法）について図６のフローチャートを参照して説明する。
なお、この図において、図４に示すフローチャートと同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００２６】
溶接施工を開始するにあたっては（ステップＳ０）、まず母材質情報やねらい溶接寸法等の溶接物条件（板厚、材質、ねらい脚長）及びねらい溶接変形形状を決定する（ステップＳ１１）。次に、決定した溶接物条件に基づいてデータベース装置５から溶け込み形状データ及び施工管理データを参照し（ステップＳ２）、溶接物条件に対応する溶接条件、溶け込み形状及び施工管理値を読み出す（ステップＳ３）。
【００２７】
そして、読み出したデータから所望の溶け込み形状に対応する溶接条件を溶接装置１に対して設定するとともに（ステップＳ４）、板材ＰＡ、ＰＢに対する溶け込み形状等を用いて変形予測シミュレーション解析を実施する（ステップＳ１２）。この後、予測した溶接変形に応じた対策（例えば予ひずみ、のべ尺）を考慮して構造材ＰＡ、ＰＢの加工を行う（ステップＳ１３）。そして、変形対策を考慮した加工が施された構造材ＰＡ、ＰＢに対して、ステップＳ４にて設定された溶接条件を用いて溶接施工を実施し（ステップＳ６）、溶接施工工程が完了する（ステップＳ７）。
【００２８】
本実施の形態では、溶け込み形状を管理、使用することで溶接変形の予測と実態との差を抑制できるので、溶接後に再加工する必要がなくなり施工性を向上させることができる。また、本実施の形態では、構造材の拘束治具設計や溶接変形防止を意図した加熱要領の最適化も効率的に実施できることになる。また、本実施の形態では、予めデータベースに保持した溶け込み形状及びこれに応じた溶接条件を用い、溶接条件を調節することにより、溶接変形を容易にコントロールすることも可能である。
【００２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３０】
例えば、上記実施の形態ではＴ型継手及び突合わせ継手を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、他の接合形態であっても適用可能である。
また、上記実施形態では、溶接物条件を入力してデータベース装置５から溶接条件、溶け込み形状及び施工管理値を読み出す構成としたが、これに限られるものではなく、例えば溶接物条件とともに溶け込み形状を入力することにより、溶接条件及び施工管理値を読み出して溶接施工を実施する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、溶接装置の概略的な構成図である。
【図２】（ａ）はＴ型継手を示し、（ｂ）はデータベースの構造を示す図である。
【図３】（ａ）は突合わせ継手を示し、（ｂ）はデータベースの構造を示す図である。
【図４】工作精度の向上を図る場合の溶接施工手順を示すフローチャート図である。
【図５】溶け込み形状が溶接変形に及ぼす影響を示す図である。
【図６】溶接変形をコントロールする場合の溶接施工手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３２】
ＰＡ、ＰＢ  構造体（板材）
１  溶接装置
３  溶接機
４  制御装置
５  データベース装置
【図１】
2005349422.tif 000003
【図２】
2005349422.tif 000004
【図３】
2005349422.tif 000005
【図４】
2005349422.tif 000006
【図５】
2005349422.tif 000007
【図６】
2005349422.tif 000008